李華生， 周振華， 駱 航， 李玉婷， 蔣 媛

(永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)系，湖南永州 425100)

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艾葉揮發(fā)油·總黃酮和鞣酸加壓協(xié)同萃取研究

李華生， 周振華， 駱 航， 李玉婷， 蔣 媛

(永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)系，湖南永州 425100)

[目的]考察加壓協(xié)同萃取艾葉中揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的最佳工藝條件。[方法]采用加壓輔助溶劑萃取，從艾葉中同步提取揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝條件。[結(jié)果]加壓對(duì)艾葉化學(xué)成分的提取率影響顯著；確定加壓溶劑萃取艾葉中揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的最佳工藝條件為溶劑濃度70%、固液比1∶30(g/mL)、萃取壓力0.9 MPa、萃取時(shí)間40 min、萃取溫度90 ℃，在此試驗(yàn)條件下，揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的提取率分別為0.852%、4.660%、6.790%。[結(jié)論]與提取艾葉化學(xué)成分的其他方法相比，加壓溶劑萃取可實(shí)現(xiàn)艾葉中揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的同步提取。該工藝條件穩(wěn)定，提取時(shí)間短，溶劑利用率高，艾葉中3種成分的提取效果較理想。

艾葉；加壓；協(xié)同萃??；提取率；工藝優(yōu)化

艾葉化學(xué)成分的研究始于近代，已明確的化學(xué)成分有揮發(fā)油、黃酮類、多糖、三萜類、微量元素及鞣質(zhì)等化合物[1]。艾葉揮發(fā)油、黃酮和鞣酸具有抗氧化、抗衰老、抗癌變、增強(qiáng)免疫力、降血脂和膽固醇、抗動(dòng)脈硬化及保鮮抑菌等多種生理功能[2]，是醫(yī)藥、食品、保健品及日化用品等優(yōu)質(zhì)安全的基料或功能性添加劑[3-5]，應(yīng)用前景廣闊。艾葉化學(xué)成分的提取方法主要有溶劑萃取法、超臨界流體萃取、水蒸氣蒸餾、微波和超聲波輔助萃取工藝，此外，半仿生提取技術(shù)、酶提取法及荷電提取法等[6]有少量文獻(xiàn)報(bào)道。在這些提取方法中，溶劑萃取法、超臨界流體萃取、水蒸氣蒸餾側(cè)重于艾葉揮發(fā)油的提取。采用超臨界CO2流體萃取法與水蒸氣蒸餾法提取艾葉揮發(fā)油時(shí)，2種方法提取的揮發(fā)油組分與含量相差較大，前者主要提取出極性較低的組分，小分子量的成分相對(duì)較多[7]。而微波、超聲波輔助萃取主要側(cè)重于艾葉總黃酮和鞣酸的提取。

加壓溶劑法提取是近些年在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的一種提取技術(shù)，采用常規(guī)溶劑對(duì)固體或半固體樣品進(jìn)行萃取的樣品前處理技術(shù)。原理是在封閉容器內(nèi)，通過(guò)高溫高壓升高提取溶劑的沸點(diǎn)，并保持提取溶劑仍保持液體狀態(tài)，避免了提取溶劑的揮發(fā)，從而提高了提取速率。加壓溶劑萃取法與其他提取技術(shù)相比，具有自動(dòng)化程度高、萃取時(shí)間短、萃取溶劑用量少、萃取過(guò)程密閉、對(duì)人體危害小、環(huán)境勿擾少等優(yōu)點(diǎn)[8-9]，目前在食品、藥品領(lǐng)域等應(yīng)用較廣。該研究嘗試應(yīng)用加壓溶劑萃取技術(shù)，同步提取艾葉中揮發(fā)油、黃酮和鞣酸3種主要活性成分，對(duì)加壓溶劑萃取的一些影響因素進(jìn)行考察，確定加壓溶劑萃取艾葉中3種活性成分的優(yōu)化工藝，并進(jìn)行工藝穩(wěn)定性驗(yàn)證試驗(yàn)。

1　材料與方法

1.1試材艾葉樣品，產(chǎn)自湖南永州，永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)系孫興力副教授(生藥學(xué))對(duì)品種進(jìn)行鑒定和確認(rèn)，艾葉經(jīng)粉碎機(jī)充分粉碎成艾絨備用。

1.2儀器和試劑GSH高溫高壓反應(yīng)釜(威海朝陽(yáng)化工機(jī)械有限公司)，F(xiàn)Wl77型中草藥粉碎機(jī)(天津市泰斯特儀器有限公司)，臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)，UV2400紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)，DZL-5分子蒸餾裝置(上海德大天壹化工設(shè)備有限公司)，RE-201D-2L旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海達(dá)豐玻璃儀器廠)。蘆丁對(duì)照品(中國(guó)藥品生物制品檢定所)，0.02 mol/L Zn2+標(biāo)準(zhǔn)溶液，0.02 mol/L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3方法

1.3.1提取工藝流程。艾葉中揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的提取工藝流程見(jiàn)圖1。通過(guò)加壓溶劑提取艾葉中活性成分，得到提取混合液。混合液經(jīng)分子蒸餾分離提取，冷藏析出得到揮發(fā)油；蒸餾后的殘?jiān)捎?0%乙醇熱溶液溶解，過(guò)濾，收集濾液，采用微濾超濾膜對(duì)濾液分離和提純，分別得到粗總黃酮和鞣酸。

圖1　艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的提取工藝流程Fig. 1　Extraction technology of volatile oil, total flavonoids and tannic acid from A. argyi

1.3.2單因素試驗(yàn)。

1.3.2.1提取溶劑濃度的考察。稱取艾葉試驗(yàn)材料50.0 g，置于加壓溶劑提取裝置內(nèi)，分別加入50%、60%、70%、80%、90%乙醇各1 500 mL，在萃取溫度90 ℃、萃取壓力0.9 MPa的條件下，提取40 min后取出，考察不同提取溶劑濃度對(duì)加壓同步提取艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的影響。每一種溶劑濃度平行試驗(yàn)3次。

1.3.2.2提取固液比的考察。稱取艾葉試驗(yàn)材料50.0 g，置于加壓溶劑提取裝置內(nèi)，分別在固液比為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50(g/mL)時(shí)加入70%乙醇，在萃取溫度90 ℃、萃取壓力0.9 MPa的條件下，提取40 min后取出，考察不同提取固液比對(duì)加壓同步提取艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的影響。不同條件下平行試驗(yàn)3次。

1.3.2.3萃取溫度的考察。稱取艾葉試驗(yàn)材料50.0 g，置于加壓溶劑提取裝置內(nèi)，分別設(shè)定萃取溫度為60、75、90、105、120 ℃時(shí)，按固液比為1∶30加入70%乙醇1 500 mL，萃取壓力為0.9 MPa的條件下，提取40 min后取出，考察不同萃取溫度對(duì)加壓同步提取艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的影響。不同條件下平行試驗(yàn)3次。

1.3.2.4萃取時(shí)間的考察。稱取艾葉試驗(yàn)材料50.0 g，置于加壓溶劑提取裝置內(nèi)，固液比為1∶30時(shí)加入70%乙醇1 500 mL，在萃取溫度90 ℃、萃取壓力0.9 MPa的條件下，分別提取20、30、40、50、60 min后取出，考察不同萃取時(shí)間對(duì)加壓同步提取艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的影響。不同條件下平行試驗(yàn)3次。

1.3.2.5萃取壓力的考察。稱取艾葉試驗(yàn)材料50.0 g，置于加壓溶劑提取裝置內(nèi)，在固液比為1∶30時(shí)加入70%乙醇1 500 mL，在萃取溫度為90 ℃，萃取壓力分別為0.1、0.5、0.9、1.3、1.7 MPa的條件下，提取40 min后取出，考察不同萃取壓力對(duì)加壓同步提取艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的影響。不同條件下平行試驗(yàn)3次。

1.3.3正交試驗(yàn)。在單因素分析的基礎(chǔ)上，選用L18(37)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)(表1)，以揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的提取率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，由正交試驗(yàn)確定各因素的影響程度和試驗(yàn)范圍內(nèi)的較優(yōu)條件。

表1　正交試驗(yàn)因素水平

1.3.4樣品含量測(cè)定。艾葉揮發(fā)油的測(cè)定采用文獻(xiàn)[10]的方法，艾葉中總黃酮含量的測(cè)定采用文獻(xiàn)[11]的方法，鞣酸的檢測(cè)參照文獻(xiàn)[12]進(jìn)行。各提取成分的提取率按下式計(jì)算：提取率=(提取成分的質(zhì)量/艾葉干末質(zhì)量)×100%。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1提取溶劑濃度的考察。由圖2可知，隨著含醇量的增加，揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的提取率呈先升后降趨勢(shì)，總黃酮的提取率在60%乙醇中最高，而揮發(fā)油和鞣酸在60%～70%乙醇中的提取率較高。根據(jù)“相似相溶”原理，溶劑的極性與目標(biāo)化合物相近，目標(biāo)化合物會(huì)更容易萃取出來(lái)。綜合來(lái)看，溶劑濃度為65%時(shí)較合適。

圖2　提取溶劑濃度對(duì)揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸提取率的影響Fig. 2　Effects of solvent concentration on extraction rates of volatile oil, total flavonoids and tannic acid

2.1.2提取固液比的考察。由圖3可知，固液比對(duì)總黃酮提取率影響不大，而對(duì)揮發(fā)油和鞣酸的提取率影響顯著。隨著固液比的增大，活性成分提取率呈先升后降的趨勢(shì)，揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸分別在固液比為1∶30、1∶20和1∶40時(shí)達(dá)到最佳。當(dāng)提取固液比增大到某個(gè)值時(shí)，提取有效成分的溶劑體積變大，活性成分提取率變化不大，反而給溶劑回收帶來(lái)麻煩，造成浪費(fèi)。綜合考慮，選擇較佳的固液比為1∶30。

圖3　固液比對(duì)揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸提取率的影響Fig. 3　Effects of solid-liquid ratio on extraction rates of volatile oil, total flavonoids and tannic acid

2.1.3萃取溫度的考察。由圖4可知，當(dāng)萃取溫度在90 ℃以下時(shí)，隨著溫度的升高，揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的提取率呈較快的上升趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，分子間動(dòng)能增加，促進(jìn)分子運(yùn)動(dòng)與物質(zhì)交換，同時(shí)還可降低溶劑的黏度和表面張力，提高溶劑的滲透性和浸潤(rùn)能力；溫度升高可以降低溶劑的介電常數(shù)，溶劑極性變小，增加溶劑對(duì)活性成分的溶解性，從而提高這3種成分的提取率。但當(dāng)萃取溫度超過(guò)100 ℃后，3種成分的提取率變化不大，還略呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)闇囟冗^(guò)高，艾葉活性成分出現(xiàn)部分分解狀況，使提取率下降。綜合考慮，加壓溶劑提取艾葉活性成分的萃取溫度選取100 ℃為宜。

圖4　萃取溫度對(duì)揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸提取率的影響Fig. 4　Effects of extraction temperature on extraction rates of volatile oil, total flavonoids and tannic acid

2.1.4萃取時(shí)間的考察。由圖5可知，在20～40 min萃取時(shí)間內(nèi)，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的提取率逐漸提高；40 min以后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，3種成分的提取率基本不變，還略呈下降趨勢(shì)。提取開(kāi)始階段隨時(shí)間的延長(zhǎng)，溶劑浸入物料的量逐漸增多，3種成分的萃取率也相應(yīng)增大。隨著提取時(shí)間延長(zhǎng)，一方面長(zhǎng)時(shí)間處于高溫高壓狀態(tài)，會(huì)使艾葉有效成分出現(xiàn)分解，同時(shí)其他雜質(zhì)也會(huì)被溶出，影響揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的提取率。因此，該試驗(yàn)選取加壓溶劑提取時(shí)間為40 min。

圖5　萃取時(shí)間對(duì)揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸提取率的影響Fig. 5　Effects of extraction time on extraction rates of volatile oil, total flavonoids and tannic acid

2.1.5萃取壓力的考察。由圖6可知，萃取壓力對(duì)艾葉活性成分的提取率影響顯著。當(dāng)壓力在0.9 MPa以下時(shí)，隨著壓力的升高，3種成分的提取率呈快速上升趨勢(shì)；總黃酮提取率高于0.9 MPa后，提取率的變化幅度緩慢，略有下降。一方面，加壓使溶劑在沸點(diǎn)溫度下仍能保持液體狀態(tài)，改變?nèi)軇┑娜芙庑院瓦x擇性；另一方面通過(guò)增大提取體系的壓力，可使艾葉內(nèi)部的某些細(xì)胞壁被破壞，有利于溶劑的擴(kuò)散，加速艾葉的浸潤(rùn)過(guò)程，毛細(xì)孔內(nèi)可以迅速充滿液體溶劑，提高揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的浸出速度，從而提取率明顯升高。但當(dāng)萃取壓力增大到一定值時(shí)，過(guò)高的壓力也會(huì)使艾葉緊密壓縮在一起，影響溶劑的滲透浸潤(rùn)作用，導(dǎo)致提取率略有下降。綜合考慮，該試驗(yàn)選取萃取壓力為0.9 MPa。

圖6　萃取壓力對(duì)揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸提取率的影響Fig. 6　Effects of extraction pressure on extraction rates of volatile oil, total flavonoids and tannic acid

2.2正交試驗(yàn)由正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀分析(表2)可得，影響艾葉揮發(fā)油提取率的主次順序依次為萃取壓力、固液比、萃取溫度、溶劑濃度、萃取時(shí)間，提取揮發(fā)油以A2B2C1D2(D3)E2組合最佳；影響艾葉總黃酮提取率的主次順序依次為萃取壓力、固液比、萃取時(shí)間、溶劑濃度、萃取溫度，提取總黃酮以A2B2C2D2E2組合最佳；影響艾葉鞣酸提取率的主次順序依次為萃取壓力、固液比、溶劑濃度、萃取溫度、萃取時(shí)間，提取鞣酸以A2B2C2D3E2組合最佳；影響3種成分總提取率的主次順序依次為萃取壓力、固液比、溶劑濃度、萃取溫度、萃取時(shí)間，總提取率以A2B2C2D2E2組合最佳。方差分析發(fā)現(xiàn)，萃取壓力對(duì)艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的總提取率影響顯著。

從4種最佳組合來(lái)看，溶劑濃度、固液比和萃取壓力相同，即乙醇濃度為70%，固液比為1∶30，萃取壓力為0.9 MPa。對(duì)于萃取溫度和時(shí)間，因二者對(duì)3種成分的提取率影響不顯著，結(jié)合總黃酮、總提取率以及成本方面進(jìn)行考慮，萃取溫度確定為90 ℃較為合適，萃取時(shí)間以40 min為宜。從正交試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，基本上與單因素的分析一致，綜合單因素的試驗(yàn)結(jié)果考慮，艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的最佳提取條件為溶劑濃度70%、固液比1∶30、萃取溫度90 ℃、萃取時(shí)間40 min、萃取壓力0.9 MPa。

2.3驗(yàn)證性試驗(yàn)為驗(yàn)證加壓提取工藝的穩(wěn)定性，在正交試驗(yàn)得到的最佳工藝條件下，對(duì)艾葉平行加壓萃取3次，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的提取率分別為0.852%、4.660%、6.790%，表明加壓同步提取艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的工藝具有較好的穩(wěn)定性，平行提取3次，3種成分的提取率相對(duì)平均偏差均小于1%。

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果

3　結(jié)論

該研究通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，對(duì)加壓溶劑萃取艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸進(jìn)行了影響因素的研究。結(jié)果表明，加壓對(duì)艾葉化學(xué)成分的提取率影響顯著；確定加壓溶劑萃取艾葉中揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的最佳工藝條件為溶劑濃度70%、固液比1∶30、萃取壓力0.9 MPa、萃取時(shí)間40 min、萃取溫度90 ℃。在此試驗(yàn)條件下，揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的提取率分別為0.852%、4.660%、6.790%。由此可見(jiàn)，加壓同步提取艾葉揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸的工藝是可行的。相比其他提取方法，萃取時(shí)間短，可保證萃取物熱降解減少；溶劑用量少，同步萃取效率高，顯著降低了單個(gè)樣品的提取成本。

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Pressurized Synchronously Extraction of Volatile Oil, Total Flavonoids and Tannic Acid fromArtemisiaargyi

LI Hua-sheng, ZHOU Zhen-hua, LUO Hang et al

(Department of Pharmacy,Yongzhou Vocational Technical College, Yongzhou, Hunan 425100)

[Objective] To investigate the optimal technological condition for pressurized synchronously extraction of volatile oil, total flavonoids and tannic acid fromArtemisiaargyi. [Method] By using pressurized extraction, the volatile oil, total flavonoids and tannic acid were extracted synchronously fromA.argyi. The extraction technology was optimized by single factor test and orthogonal test. [Result] Pressurization had significant effects on the extraction rate of chemical composition inA.argyi. The optimal extraction technology for volatile oil, total flavonoids and tannic acid from Artemisia argyi was as follows: 70% ethanol concentration, 1∶30 (g/mL) solid-liquid ratio, 40 min extraction time, 90 ℃ extraction temperature, and 1.0 MPa extraction pressure. Under these conditions, the extraction rate of volatile oil, total flavonoids and tannic acid were 0.852%, 4.66% and 6.79%, respectively. [Conclusion] Compared with other extraction methods of chemical components fromA.argyi, pressurized extraction can realize simultaneously extraction of volatile oil, total flavonoids and tannic acid fromA.argyi. This technological condition is stable, the extraction time is short and solvent utilization is high. Extraction effects of the three components inA.argyileaves were relatively ideal.

Artemisiaargyi; Pressurization; Synchronously extraction; Extraction rate; Technology optimization

永州市2015年度第二批指導(dǎo)性科技計(jì)劃項(xiàng)目[永科發(fā)(2015)10號(hào)]。

李華生(1972- )，男，湖南祁東人，講師，碩士，從事天然藥用植物化學(xué)成分的提取、分離和分析。

2016-06-12

S 567；R 284.2

A

0517-6611(2016)21-091-04